【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
本專利技術(shù)涉及并行中繼水下無線光通信(underwater?wireless?opticalcommunication，uwoc)系統(tǒng)，當(dāng)其工作在湍流衰落環(huán)境中的誤碼性能評(píng)估策略，屬于無線光通信、尤其是水下無線光通信。
技術(shù)介紹
1、近年來，隨著人類對(duì)海洋權(quán)益的日趨重視，以及對(duì)海洋資源的大規(guī)模開發(fā)，水下多媒體通信的需求變得尤為迫切。與傳統(tǒng)的水聲和射頻通信相比，uwoc有著更低的鏈路時(shí)延與實(shí)現(xiàn)成本、極高的傳輸帶寬，以及更好的安全性能等優(yōu)勢(shì)，故而使得uwoc逐漸成為實(shí)現(xiàn)水下高速可靠信息傳輸?shù)闹髁骷夹g(shù)。然而，海洋環(huán)境普遍存在的吸收、散射和湍流等效應(yīng)，極大地限制了uwoc系統(tǒng)的通信范圍。就傳統(tǒng)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)(point?to?point，p2p)傳輸技術(shù)而言，即便是基于激光光源的uwoc也僅適用于近距離通信，一般小于100m。而基于中繼輔助技術(shù)的uwoc通信則是能夠有效克服這一缺陷的技術(shù)手段之一，其基本思想是設(shè)置合適的中繼節(jié)點(diǎn)，將總的通信距離劃分為多段較短的或者是平行鏈路，從而減少鏈路中損害因素的不利影響。
2、已有的研究結(jié)果表明，中繼節(jié)點(diǎn)的引入可以有效提高鏈路的信噪比、進(jìn)而降低系統(tǒng)的誤碼率。所謂“誤碼率”，其定義為在總的接收到的信息塊中發(fā)生傳輸錯(cuò)誤的信息位所占的比例，它是衡量一個(gè)通信系統(tǒng)傳輸性能的重要指標(biāo)之一。一般而言，串行中繼主要目的是為了實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離通信，而并行中繼則主要是為了規(guī)避兩點(diǎn)直傳鏈路上的障礙物，或者在原有p2p通信基礎(chǔ)上通過引入平行鏈路以及分集接收等手段以進(jìn)一步提高系統(tǒng)的整體通信質(zhì)量。鑒于現(xiàn)階段針對(duì)串行中繼uwoc系統(tǒng)
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
1、專利技術(shù)目的：針對(duì)現(xiàn)有并行中繼uwoc系統(tǒng)僅局限于進(jìn)行諸如系統(tǒng)中斷概率等性能指標(biāo)的分析，而未涉及系統(tǒng)誤碼性能方面的評(píng)估這一缺陷或不足，本專利技術(shù)提出一種工作于廣義gamma分布(generalized?gamma?distribution，ggd)海洋湍流統(tǒng)計(jì)模型中的，采用兩跳和接收端運(yùn)用等增益合并(equal?gain?combining，egc)技術(shù)的并行中繼uwoc系統(tǒng)，并對(duì)該系統(tǒng)平均誤碼性能進(jìn)行有效評(píng)估，以期在并行中繼uwoc系統(tǒng)的誤碼性能理論快速衡量方法方面給出解決方案。
2、技術(shù)方案：一種兩跳并行中繼uwoc系統(tǒng)誤碼性能評(píng)估方案，包括如下步驟
3、針對(duì)綜合考慮ggd海洋湍流、以及無衰落信道沖激響應(yīng)(fading?free?impulseresponse，ffir)隱路徑損耗與多徑效應(yīng)等復(fù)雜衰落因素的信道環(huán)境，考慮一接收端采用egc合并技術(shù)的兩跳并行中繼uwoc系統(tǒng)。首先，分別推導(dǎo)獲得兩跳并行中繼uwoc系統(tǒng)中，第一跳源節(jié)點(diǎn)s至各中繼節(jié)點(diǎn)i，1≤i≤n(n為中繼節(jié)點(diǎn)個(gè)數(shù))處誤碼率理論表達(dá)式以及第二跳中繼節(jié)點(diǎn)i至目標(biāo)節(jié)點(diǎn)d處經(jīng)egc合并接收的誤碼率理論閉型表達(dá)式pbe2；隨后，則根據(jù)上述兩處誤碼率及中繼節(jié)點(diǎn)個(gè)數(shù)n獲得最終兩跳并行中繼uwoc系統(tǒng)端到端(end-to-end，e2e)平均誤碼率理論閉型表達(dá)
4、作為優(yōu)選方案，對(duì)于中繼節(jié)點(diǎn)i至目標(biāo)節(jié)點(diǎn)d也即n+1節(jié)點(diǎn)處傳輸距離近似相等的情形，所述兩跳并行中繼uwoc系統(tǒng)端到端(e2e)平均誤碼率隨中繼節(jié)點(diǎn)個(gè)數(shù)n變化的理論計(jì)算公式可以表示為
5、
6、上式中，n為并行中繼節(jié)點(diǎn)個(gè)數(shù)，表示第一跳中源節(jié)點(diǎn)s至第i個(gè)中繼節(jié)點(diǎn)處的平均接收誤碼率，pbe2表示第二跳中各中繼節(jié)點(diǎn)i至目標(biāo)節(jié)點(diǎn)d也即節(jié)點(diǎn)n+1處的經(jīng)egc合并后的平均接收誤碼率。
7、作為優(yōu)選方案，所述源節(jié)點(diǎn)s至第i個(gè)中繼節(jié)點(diǎn)處的平均接收誤碼率計(jì)算公式如下：
8、
9、上式中，ai和ci代表源節(jié)點(diǎn)s至第i個(gè)中繼節(jié)點(diǎn)處所經(jīng)歷ggd衰落分布的形狀參數(shù)，bi為尺度參數(shù)。表示伽瑪函數(shù)，表示高等超越foxh函數(shù)。參數(shù)其中為對(duì)應(yīng)路徑上也即源節(jié)點(diǎn)s至第i個(gè)中繼節(jié)點(diǎn)路徑所需檢測(cè)電流波形信號(hào)的匹配濾波接收信號(hào)，r是光電探測(cè)器的響應(yīng)度r＝ηq/hf，η，q，h，f分別為光電探測(cè)器量子效率、電子電荷、普朗克常數(shù)和水中光頻；被積函數(shù)表示脈沖成型信號(hào)p(t)通過ffir信道后的接收信號(hào)波形，其中p(t)表示幅度值為2pb的門函數(shù)信號(hào)，其取值區(qū)間為[0，tb]，tb為符號(hào)寬度，pb為信源發(fā)射符號(hào)的平均功率，為從源節(jié)點(diǎn)s到第i個(gè)中繼節(jié)點(diǎn)的ffir，*表示卷積運(yùn)算；為高斯積分噪聲分量的標(biāo)準(zhǔn)差。
10、作為優(yōu)選方案，所述中繼節(jié)點(diǎn)i至目標(biāo)節(jié)點(diǎn)d處的經(jīng)egc合并后的平均接收誤碼率pbe2計(jì)算公式如下：
11、
12、式中，φ＝μ12/(μ2-μ12)，ψ＝μ1/(μ2-μ12)，其中μ1、μ2分別為等效衰落系數(shù)h的一階、二階原點(diǎn)矩，其中該式中變量此處ai，ci和bi分別代表第i個(gè)中繼節(jié)點(diǎn)到目標(biāo)節(jié)點(diǎn)d所經(jīng)歷ggd衰落分布的形狀參數(shù)和尺度參數(shù)，不失一般性，它們和源節(jié)點(diǎn)s至中繼節(jié)點(diǎn)i之間的ggd湍流衰落分布參數(shù)ai，ci和bi是完全一樣的；等效衰落系數(shù)h滿足其中表示第一跳中源節(jié)點(diǎn)s至第i個(gè)中繼節(jié)點(diǎn)，或者是第二跳中第i個(gè)中繼節(jié)點(diǎn)至目標(biāo)節(jié)點(diǎn)d鏈路所經(jīng)歷的ggd湍流衰減系數(shù)，gg(·)代表服從參數(shù)為ai，bi，ci的ggd分布；為第i個(gè)并行中繼節(jié)點(diǎn)至目標(biāo)節(jié)點(diǎn)d也即節(jié)點(diǎn)n+1之間鏈路所需檢測(cè)電流波形信號(hào)的匹配濾波信號(hào)，表示脈沖成型函數(shù)p(t)通過相應(yīng)鏈路ffir后的接收信號(hào)波形，其中即為從中繼節(jié)點(diǎn)i到目標(biāo)節(jié)點(diǎn)n+1的ffir；函數(shù)dn(x，y)＝γ(x+n/y)/γ(x)。
13、作為優(yōu)選方案，所述兩跳并行中繼uwoc系統(tǒng)端到端(e2e)的平均誤碼率計(jì)算公式，在假設(shè)源節(jié)點(diǎn)s至第i個(gè)中繼節(jié)點(diǎn)處的平均接收誤碼率都近似相等也即的條件下，還可以進(jìn)一步簡(jiǎn)化為通式：
14、
15、上式中等式右邊第一項(xiàng)定義為當(dāng)n＝1時(shí)為0。
16、作為優(yōu)選方案，所述ggd海洋湍流衰落概率密度函數(shù)(probability?densityfunction，pdf)的foxh函數(shù)描述形式如下：
17、
18、式中，bi為尺度參數(shù)，ai和ci為形狀參數(shù)，表示服從ggd分布的隨機(jī)變量。
19、作為優(yōu)選方案，所述無衰落信道沖激響應(yīng)ffir數(shù)據(jù)，可在給定系統(tǒng)收發(fā)參數(shù)，比如海洋水質(zhì)、傳輸距離、接收機(jī)孔徑、發(fā)射光源波長(zhǎng)等的條件下，通過計(jì)算機(jī)monte?carlo方法模擬光子運(yùn)動(dòng)獲取。
20、有益效果：
21、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本專利技術(shù)的技術(shù)方案具有以下有益的技術(shù)效果：本專利技術(shù)提供的一種評(píng)估兩跳和接收端采用egc合并技術(shù)的并行中繼uwoc系統(tǒng)平均誤碼率的方法，可以在考慮ffir隱路徑損耗與多徑效應(yīng)、以及ggd海洋湍流衰落等綜合因素影響的復(fù)雜通信環(huán)境中，快速計(jì)算所提并行中繼uwoc系統(tǒng)的理論誤碼率性本文檔來自技高網(wǎng)...
【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
1.一種兩跳并行中繼水下無線光通信(Underwater?Wireless?OpticalCommunication，UWOC)系統(tǒng)誤碼性能評(píng)估方案，其特征在于：包括如下步驟
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種兩跳并行中繼UWOC系統(tǒng)誤碼性能評(píng)估方案，其特征在于：對(duì)于中繼節(jié)點(diǎn)i至目標(biāo)節(jié)點(diǎn)D也即N+1節(jié)點(diǎn)處傳輸距離近似相等的情形，所述兩跳并行中繼UWOC系統(tǒng)端到端(e2e)平均誤碼率隨中繼節(jié)點(diǎn)個(gè)數(shù)N變化的理論計(jì)算公式可以表示為
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種兩跳并行中繼UWOC系統(tǒng)誤碼性能評(píng)估方案，其特征在于：所述源節(jié)點(diǎn)S至第i個(gè)中繼節(jié)點(diǎn)處的平均接收誤碼率計(jì)算公式如下：
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種兩跳并行中繼UWOC系統(tǒng)誤碼性能評(píng)估方案，其特征在于：所述中繼節(jié)點(diǎn)i至目標(biāo)節(jié)點(diǎn)D處的經(jīng)EGC合并后的平均接收誤碼率Pbe2計(jì)算公式如下：
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種兩跳并行中繼UWOC系統(tǒng)誤碼性能評(píng)估方案，其特征在于：所述兩跳并行中繼UWOC系統(tǒng)端到端(e2e)的平均誤碼率計(jì)算公式，在假設(shè)源節(jié)點(diǎn)S至第i個(gè)中繼節(jié)點(diǎn)處的平均接收誤碼率都近似相等也即的
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種兩跳并行中繼UWOC系統(tǒng)誤碼性能評(píng)估方案，其特征在于：所述GGD海洋湍流衰落概率密度函數(shù)(Probability?Density?Function，PDF)的foxH函數(shù)描述形式如下：
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種兩跳并行中繼UWOC系統(tǒng)誤碼性能評(píng)估方案，其特征在于：所述無衰落信道沖激響應(yīng)FFIR數(shù)據(jù)，可在給定系統(tǒng)收發(fā)參數(shù)，比如海洋水質(zhì)、傳輸距離、接收機(jī)孔徑、發(fā)射光源波長(zhǎng)等的條件下，通過計(jì)算機(jī)Monte?Carlo方法模擬光子運(yùn)動(dòng)獲取。
...【技術(shù)特征摘要】
1.一種兩跳并行中繼水下無線光通信(underwater?wireless?opticalcommunication，uwoc)系統(tǒng)誤碼性能評(píng)估方案，其特征在于：包括如下步驟
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種兩跳并行中繼uwoc系統(tǒng)誤碼性能評(píng)估方案，其特征在于：對(duì)于中繼節(jié)點(diǎn)i至目標(biāo)節(jié)點(diǎn)d也即n+1節(jié)點(diǎn)處傳輸距離近似相等的情形，所述兩跳并行中繼uwoc系統(tǒng)端到端(e2e)平均誤碼率隨中繼節(jié)點(diǎn)個(gè)數(shù)n變化的理論計(jì)算公式可以表示為
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種兩跳并行中繼uwoc系統(tǒng)誤碼性能評(píng)估方案，其特征在于：所述源節(jié)點(diǎn)s至第i個(gè)中繼節(jié)點(diǎn)處的平均接收誤碼率計(jì)算公式如下：
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種兩跳并行中繼uwoc系統(tǒng)誤碼性能評(píng)估方案，其特征在于：所述中繼節(jié)點(diǎn)i至目標(biāo)節(jié)點(diǎn)d處的經(jīng)egc合并后的平均接收誤碼率pbe2計(jì)算公...
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：王懿旭，李岳衡，白晶格，張馨文，居美艷，黃平，
申請(qǐng)(專利權(quán))人：河海大學(xué)，
類型：發(fā)明
國(guó)別省市：
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